Voor de hedendaagse technologie is moderne keramiek met betere mechanische, thermische en chemische eigenschappen onmisbaar. Sialon en siliciumnitridekeramiek zijn hard, slijtvast en thermisch stabiel. Door siliciumnitride en aluminiumoxide te combineren krijgt sialon breuktaaiheid en oxidatiebestendigheid. De lage thermische uitzetting en sterke thermische geleidbaarheid van siliciumnitride zijn ideaal voor toepassingen bij hoge temperaturen. De lucht- en ruimtevaart-, automobiel- en elektronicasectoren gebruiken dergelijke keramiek voor betere motoronderdelen, snijgereedschappen en apparatuur voor de verwerking van halfgeleiders. Daardoor verbeteren ze de prestaties en duurzaamheid in veeleisende omgevingen.
Silicium, aluminium, zuurstof en stikstof vormen samen sialonkeramiek, een geavanceerd materiaal. Sialons worden vervaardigd door silicium- en stikstofatomen in siliciumnitride (Si₃N₄) te vervangen door aluminium en zuurstof. Dit verbetert de taaiheid en de thermische stabiliteit. Sialons kunnen worden ingedeeld in alfa (α), bèta (β) of gemengde fase. Alfa-sialons, een eenfasig materiaal met een grote hardheid en oxidatiebestendigheid bij hoge temperaturen, worden gebruikt in toepassingen met zware slijtage.
Beta-sialonen zijn geschikt voor snijgereedschap en slijtonderdelen dankzij hun in elkaar grijpende korrelstructuur, breuktaaiheid en weerstand tegen thermische schokken. Gemengde-fase-sialonen bieden een evenwicht tussen hardheid en taaiheid voor toepassingen bij hoge temperaturen, waarbij ze de eigenschappen van alfa- en beta-sialonen combineren.
Hoogwaardige siliciumnitridekeramiek (Si₃N₄) is gebaseerd op silicium en stikstof. Deze siliciumnitridekeramiek onderscheidt zich door een hoge sterkte, breuktaaiheid, thermische stabiliteit en oxidatiebestendigheid. Siliciumnitride wordt vervaardigd door middel van reactiebinding, sinteren of warmpersen. Door nitrering wordt siliciumpoeder verdicht tot poreus, bestendig reactiebonden siliciumnitride (RBSN). Gesinterd siliciumnitride (SSN) levert dichte keramiek op met betere mechanische eigenschappen voor lager- en turbineonderdelen, terwijl yttriumoxide of aluminiumoxide wordt gesinterd. Warmgeperst siliciumnitride (HPSN) wordt vervaardigd door gelijktijdig warmte en druk toe te passen. Het is een dichte keramiek met uitzonderlijke mechanische sterkte en thermische geleidbaarheid voor hoogwaardige motoronderdelen en elektronische substraten.
Tijdens het sinteren van siliciumnitride (Si₃N₄) keramiek worden de grove voorvormen verdicht tot een sterke structuur. Om ontleding te voorkomen, kan er drukloosgesinterdworden in stikstof bij 1750 °C tot 1850 °C. Gasdruksinteren (GPD) verhoogt de verdichting door stikstofgasdruk tot 10 MPa toe te passen. Hiermee kunnen sintertemperaturen worden verlaagd tot 1700 °C en kan een dichtheid worden bereikt die dicht bij de theoretische waarde ligt. Heet isostatisch persen (HIP) verhoogt de mechanische eigenschappen door hoge temperaturen (1600 °C-1800 °C) te combineren met isostatische gasdruk (100-200 MPa). De sintertemperatuur, druk en omgeving moeten worden geregeld voor een betere korrelgroei, mechanische sterkte en lagere porositeit.
Bij het sinteren van β′-sialon-keramiek zijn er overeenkomsten met siliciumnitride, maar ook verschillen. Hoewel bij beide materialen gebruik wordt gemaakt van sinteren bij hoge temperatuur, kunnen sialonen Y₂O₃ en MgO nodig hebben om vloeibare fasen te vormen en de verdichting te bevorderen. Deze additieven kunnen de sintertemperatuur verlagen tot 1600 °C–1750 °C en een tijdelijke vloeibare fase genereren. Deze lost korrels op en laat ze opnieuw neerslaan voor een homogene groei van de microstructuur. Het sinterproces van oplossen, diffunderen en opnieuw neerslaan beïnvloedt de korrelgrootte en -vorm. Controle van de microstructuur verhoogt de breuktaaiheid en slijtvastheid. Daardoor zijn additieven en sinterinstellingen essentieel voor hoogwaardige sialonkeramiek.
Algemene toepassingen
Dankzij hun hoge hardheid, slijtvastheid en temperatuurstabiliteit zijn sialon en siliciumnitridekeramiek (Si₃N₄) bij uitstek geschikt voor snijgereedschap en schuurmiddelen. Sialonkeramiek zorgt ervoor dat snijgereedschap scherp blijft bij hoge snelheden en temperaturen. Hierdoor hoeft het gereedschap minder vaak te worden vervangen. Siliciumnitride verhoogt de productiviteit bij de bewerking van gietijzer en hard staal op hoge snelheid. Auto-onderdelen en turbocompressoren hebben deze keramiek nodig. De lage thermische uitzetting en de sterke weerstand tegen thermische schokken zorgen voor duurzaamheid in zware omstandigheden. Hoge slijtvastheid, lage wrijving en een langere levensduur verbeteren de lagers en rollen van industriële apparatuur, wat leidt tot lagere onderhoudskosten.
Vanwege hun weerstand tegen thermische schokken en chemische bestendigheid zijn sialon en siliciumnitride (Si₃N₄) geschikt voor gebruik met gesmolten non-ferrometalen. Zelfs onder zware omstandigheden zijn deze materialen bestand tegen breuken als gevolg van plotselinge temperatuurschommelingen. Keramische thermokoppelmantels zorgen voor procescontrole met betrouwbare temperatuurmetingen. Stijgbuizen en rotorassen van sialon of siliciumnitride beperken verontreiniging en waarborgen de verwerking van gesmolten metaal. Hun lage bevochtigbaarheid door gesmolten metaal en hoge mechanische sterkte verminderen de gietduur en verhogen de efficiëntie.
Bij het smelten van non-ferrometalen kunnen temperaturen van meer dan 1000 °C en zeer corrosieve, reactieve metalen voorkomen. Dergelijke omstandigheden versnellen de afbraak van grafiet en aluminiumoxide, wat leidt tot frequente vervangingen en een grotere onbeschikbaarheid. In deze omstandigheden zijn bovendien materialen nodig die bestand zijn tegen snelle temperatuurschommelingen en heftige chemische reacties. Nieuwe materialen met een hogere thermische stabiliteit, corrosiebestendigheid en mechanische sterkte zijn essentieel voor de efficiëntie en levensduur van componenten.
De sector van gesmolten non-ferrometalen profiteert van sialon- en siliciumnitridekeramiek. Met name sialonkeramiek heeft een uitstekende weerstand tegen thermische schokken, 17,37 ± 0,48 GPa hardheid en chemische stabiliteit in extreme omstandigheden. Siliciumnitridekeramiek is duurzaam onder thermische belasting dankzij de lage thermische uitzettingscoëfficiënten (3,27×10⁻⁶) °C) en goede breuktaaiheidseigenschappen. Dergelijke keramiek genereert siliciumoxynitridelagen die oxidatie tegengaan, in tegenstelling tot grafiet, dat bij hoge temperaturen oxideert. Hierdoor gaan ze langer mee en hebben ze minder onderhoud nodig dan standaardmaterialen.
Thermokoppelhulzen van siliciumnitride beschermen temperatuursensoren in baden met gesmolten metaal. Ze zorgen voor nauwkeurige meetresultaten en een lange levensduur van de sensoren. Bovendien ondersteunt de thermische en mechanische veerkracht van sialon-keramiek de stijgbuizen. Deze zijn essentieel voor spuitgieten onder lage druk, omdat ze hun prestaties en vorm behouden bij hoge temperaturen, gietfouten verminderen en de productie-efficiëntie verhogen. Rotorassen van siliciumnitride in de aluminiumraffinage worden blootgesteld aan constant gesmolten metaal en corrosieve vloeimiddelen en zijn bestand tegen oxidatie en slijtage. Ze verlagen de reparatiekosten en verbeteren de procesbetrouwbaarheid.
Recente ontwikkelingen op het gebied van het sinteren van sialon- en siliciumnitridekeramiek leiden tot verfijning van additieven en hulpstoffen voor betere materiaaleigenschappen. Zeldzame-aardmetalenoxiden, waaronder yttriumoxide en ytterbia, bevorderen de verdichting en de uniformiteit van de microstructuur. Ze stimuleren de vorming van fasen aan korrelgrenzen en verlagen de sintertemperatuur, wat resulteert in een grotere breuktaaiheid en thermische stabiliteit. Verbeteringen in drukloos sinteren en vonkplasmasinteren (SPS) zorgen voor een nauwkeurige controle van de microstructuur. Dit kan uiteindelijk leiden tot ultrafijne korrelgroottes van minder dan 200 nm in keramiek. Kortere sintertijden verminderen de korrelvorming en verbeteren de hardheid en slijtvastheid.
Silicium en siliciumnitridekeramiek (Si₃N₄) vinden steeds vaker toepassing in de biomedische en elektronische sector. Dankzij de biocompatibiliteit en antibacteriële eigenschappen van siliciumnitride is het een geschikter materiaal voor biomedische implantaten, zoals bij wervelkolomfusie en tandheelkundige implantaten. Vanwege hun hoge warmtegeleidingsvermogen (tot 85 W/m•K) en elektrische isolatie worden dergelijke keramische materialen gebruikt voor hoogfrequente, hittebestendige componenten in de elektronica. Hun weerstand tegen thermische schokken en mechanische slijtage versterkt de duurzaamheid en prestaties van componenten in hoogrendements-turbinebladen en substraten voor zonnecellen, waar de sector van de hernieuwbare energie onderzoek naar doet. Hun aanpassingsvermogen maakt ze tot aantrekkelijke kandidaten voor belangrijke rollen in baanbrekende technologie. Daarom wordt er grote vooruitgang voorspeld in deze innovatieve toepassingen.
Neem gerust contact met ons op als u meer wilt weten over een van de soorten keramiek.
Zweden / Sverige
+(46) 31 754 0790
Denemarken
+(45) 35 15 8085
Gratis nummer VS/Canada
+ 1 (833) 709-1399
©2025 Alle rechten voorbehouden. Sialon Ceramics Denmark ApS
Dit geldt uitsluitend voor Sialon-verwarmingsbuizen, Sialon-dompelverwarmers, Sialon-stijgbuizen en op maat gemaakte producten. Er kunnen beperkingen van toepassing zijn.
ZDialer-oproep